KR102552453B1 - Diamond Polycrystal and Tool with It - Google Patents

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KR102552453B1
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가츠코 야마모토
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Abstract

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한 상태에서 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성되는 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a로 하고, 상기 시험 하중을 해제한 후에 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 남는 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a'로 한 경우에, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하인 다이아몬드 다결정체이다.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, the first Knoop indentation formed on the surface of the polycrystal of diamond in a state where a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of the polycrystal of diamond When the length of the longer diagonal is a and the length of the longer diagonal of the second Knoop indentation remaining on the surface of the diamond polycrystal after release of the test load is a', A diamond polycrystal having a ratio of a' (a'/a) of 0.99 or less.

Description

다이아몬드 다결정체 및 그것을 구비한 공구Diamond Polycrystal and Tool with It

본 개시는, 다이아몬드 다결정체 및 그것을 구비한 공구에 관한 것이다.The present disclosure relates to a diamond polycrystal and a tool having the same.

다이아몬드 다결정체는, 우수한 경도를 가짐과 더불어, 경도의 방향성이나 벽개성(cleavability)이 없기 때문에, 절삭 바이트나, 드레서, 다이스 등의 공구나, 굴삭 비트 등에 널리 이용되고 있다.Diamond polycrystals have excellent hardness and have no directionality or cleavability of hardness, so they are widely used in tools such as cutting bites, dressers, dies, and excavating bits.

종래의 다이아몬드 다결정체는, 원료인 다이아몬드 분말을, 소결 조제나 결합재와 함께, 다이아몬드가 열역학적으로 안정한 고압 고온(일반적으로는, 압력이 5∼8 GPa 정도 및 온도가 1300∼2200℃ 정도)의 조건에서 소결함으로써 얻어진다. 소결 조제로서는, Fe, Co, Ni 등의 철족 원소 금속, CaCO3 등의 탄산염 등이 이용된다. 결합재로서는, SiC 등의 세라믹스 등이 이용된다.Conventional diamond polycrystals use diamond powder, which is a raw material, together with a sintering aid or binder under conditions of high pressure and high temperature (typically, a pressure of about 5 to 8 GPa and a temperature of about 1300 to 2200 ° C) in which diamond is thermodynamically stable. It is obtained by sintering in As a sintering aid, iron group element metals, such as Fe, Co, and Ni, carbonates, such as CaCO3, etc. are used. As a binder, ceramics, such as SiC, etc. are used.

상기한 방법으로 얻어지는 다이아몬드 다결정체에는, 소결 조제나 결합재가 포함된다. 소결 조제나 결합재는, 다이아몬드 다결정체의 경도나 강도 등의 기계적 특성이나 내열성을 저하시키는 원인이 될 수 있다.A sintering aid and a binder are contained in the diamond polycrystal obtained by the above method. Sintering aids and binders may cause deterioration in mechanical properties such as hardness and strength and heat resistance of the diamond polycrystal.

다이아몬드 다결정체 중의 소결 조제를 산 처리에 의해 제거한 것이나, 결합재로서 내열성의 SiC를 이용한 내열성이 우수한 다이아몬드 다결정체도 알려져 있다. 그러나 이 다이아몬드 다결정체는 경도나 강도가 낮아, 공구 재료로서의 기계적 특성은 불충분하다.Diamond polycrystals obtained by removing the sintering aid in the diamond polycrystals by acid treatment, and diamond polycrystals with excellent heat resistance using heat-resistant SiC as a binder are also known. However, this diamond polycrystal has low hardness and strength, and its mechanical properties as a tool material are insufficient.

한편, 그래파이트, 글래시 카본(glassy carbon), 아몰퍼스 카본(amorphous carbon), 어니언-라이크 카본(onion-Like Carbon) 등의 비다이아몬드 탄소 재료를 초고압고온 하에서, 소결 조제 등을 이용하지 않고, 직접적으로 다이아몬드로 변환시키는 것이 가능하다. 비다이아몬드상으로부터 다이아몬드상으로 직접 변환함과 동시에 소결시킴으로써 다이아몬드 다결정체가 얻어진다.On the other hand, non-diamond carbon materials such as graphite, glassy carbon, amorphous carbon, and onion-like carbon are directly produced under ultra-high pressure and high temperature without using sintering aids or the like. It can be converted into diamonds. A diamond polycrystal is obtained by directly converting from a non-diamond phase to a diamond phase and simultaneously sintering it.

일본 특허 공개 2015-227278호 공보(특허문헌 1)에는, 비다이아몬드 탄소 분말을 압력을 P(GPa), 온도를 T(℃)로 했을 때에, P≥0.0000168T2-0.0876T+124, T≤2300, 및, P≤25의 조건을 만족하는 초고온고압 하에서 다이아몬드로 직접 변환시켜 다이아몬드 다결정체를 얻는 기술이 개시되어 있다. 얻어진 다이아몬드 다결정체는, 누프 경도(knoop hardness) 측정에 있어서, 누프 압흔(壓痕)의 대각선의 긴 쪽의 대각선의 길이 a와 짧은 쪽의 대각선의 길이 b의 비(b/a)가 0.08 이하이며, 탄성을 갖는다.In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-227278 (Patent Document 1), when the pressure is P (GPa) and the temperature is T (° C.) for non-diamond carbon powder, P≥0.0000168T2-0.0876T+124, T≤2300 , and, a technique for obtaining a diamond polycrystal by directly converting it into diamond under ultrahigh temperature and high pressure that satisfies the conditions of P≤25 is disclosed. In the obtained diamond polycrystal, in the measurement of Knoop hardness, the ratio (b/a) of the length a of the longer diagonal to the length b of the shorter diagonal of the Knoop indentation is 0.08 or less. and has elasticity.

일본 특허 공개 2018-008875호 공보(특허문헌 2)에는, 원료인 어니언-라이크 카본을, 1200℃∼2300℃, 4 GPa∼25 GPa의 초고온고압 하에서 다이아몬드로 직접 변환시킴으로써, 비커스 경도가 155∼350 GPa이고, 누프 경도가 140∼240 GPa인 초고경도 나노 쌍정 다이아몬드 벌크 재료를 얻는 기술이 개시되어 있다.In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-008875 (Patent Document 2), onion-like carbon as a raw material is directly converted into diamond under ultra-high temperature and high pressure of 1200°C to 2300°C and 4 GPa to 25 GPa, and the Vickers hardness is 155 to 350 GPa, and a technique for obtaining ultra-hard nanotwinned diamond bulk material having a Knoop hardness of 140 to 240 GPa is disclosed.

[특허문헌 1] 일본 특허 공개 제2015-227278호 공보[Patent Document 1] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-227278 [특허문헌 2] 일본 특허 공개 제2018-008875호 공보[Patent Document 2] Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-008875

[1] 본 개시의 다이아몬드 다결정체는,[1] The diamond polycrystal of the present disclosure,

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한 상태에서 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성되는 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a로 하고, 상기 시험 하중을 해제한 후에 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 남는 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a'로 한 경우에, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하인 다이아몬드 다결정체이다.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, the first Knoop indentation formed on the surface of the polycrystal of diamond in a state where a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of the polycrystal of diamond When the length of the longer diagonal is a and the length of the longer diagonal of the second Knoop indentation remaining on the surface of the diamond polycrystal after release of the test load is a', A diamond polycrystal having a ratio of a' (a'/a) of 0.99 or less.

[2] 본 개시의 공구는, 상기 [1]의 다이아몬드 다결정체를 구비한 공구이다.[2] The tool of the present disclosure is a tool provided with the diamond polycrystal of the above [1].

도 1은 누프 압흔을 설명하는 도면이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure explaining a Knoop indentation.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제][Problems to be solved by the present disclosure]

특허문헌 1의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도 및 인성(靭性)을 갖지만, 내결손성의 향상이 한층 더 요구되고 있다.The diamond polycrystal of Patent Literature 1 has high hardness and toughness, but further improvement in fracture resistance is required.

특허문헌 2의 초고경도 나노 쌍정 다이아몬드 벌크 재료는, 매우 높은 경도를 갖지만, 인성이 불충분하고, 내결손성이 불충분하였다.The ultra-hard nanotwinned diamond bulk material of Patent Document 2 had very high hardness, but had insufficient toughness and insufficient fracture resistance.

그래서, 본 목적은, 높은 경도를 유지한 채로, 우수한 내결손성을 갖는 다이아몬드 다결정체 및 그것을 구비한 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a polycrystal of diamond having excellent fracture resistance while maintaining high hardness, and a tool provided therewith.

[본 개시의 효과][Effect of the present disclosure]

본 개시에 따르면, 높은 경도를 유지한 채로, 우수한 내결손성을 갖는 다이아몬드 다결정체, 및, 그것을 구비한 공구를 제공하는 것이 가능해진다.According to the present disclosure, it becomes possible to provide a diamond polycrystal having excellent fracture resistance while maintaining high hardness, and a tool provided therewith.

[본 개시의 실시형태의 설명][Description of Embodiments of the Present Disclosure]

처음에 본 개시의 실시양태를 열기하여 설명한다.Embodiments of the present disclosure are first opened and described.

(1) 본 개시의 일 양태에 따른 다이아몬드 다결정체는,(1) A diamond polycrystal according to an aspect of the present disclosure,

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한 상태에서 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성되는 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a로 하고, 상기 시험 하중을 해제한 후에 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 남는 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a'로 한 경우에, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하인 다이아몬드 다결정체이다.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, the first Knoop indentation formed on the surface of the polycrystal of diamond in a state where a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of the polycrystal of diamond When the length of the longer diagonal is a and the length of the longer diagonal of the second Knoop indentation remaining on the surface of the diamond polycrystal after release of the test load is a', A diamond polycrystal having a ratio of a' (a'/a) of 0.99 or less.

이 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 유지한 채로, 우수한 내결손성을 갖는다.This diamond polycrystal has excellent fracture resistance while maintaining high hardness.

(2) 상기 다이아몬드 다결정체는, 상기 a의 값으로부터 산출된 누프 경도가 100 GPa 이상 140 GPa 미만인 것이 바람직하다. 이 다이아몬드 다결정체는, 경도가 높고, 내마모성이 우수하다.(2) The polycrystal of the diamond preferably has a Knoop hardness calculated from the value of a of 100 GPa or more and less than 140 GPa. This diamond polycrystal has high hardness and excellent wear resistance.

(3) 상기 다이아몬드 다결정체는, 상기 a의 값으로부터 산출된 누프 경도가 120 GPa 이상 140 GPa 미만인 것이 바람직하다. 이 다이아몬드 다결정체는, 경도가 높기 때문에, 내마모성이 더욱 우수하다.(3) The polycrystal of the diamond preferably has a Knoop hardness calculated from the value of a of 120 GPa or more and less than 140 GPa. Since this diamond polycrystal has high hardness, it is further excellent in wear resistance.

(4) 상기 다이아몬드 다결정체는, 복수의 다이아몬드 입자로 구성되고,(4) the diamond polycrystal is composed of a plurality of diamond grains;

상기 다이아몬드 입자는, 평균 입경이 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다.It is preferable that the said diamond particle has an average particle diameter of 100 nm or less.

이것에 의하면, 다이아몬드 다결정체는, 고부하 가공이나 미세 가공 등의 강인하고 정밀도가 높은 날끝이 요구되는 용도의 공구에, 적합하게 적용할 수 있다.According to this, the diamond polycrystal can be suitably applied to tools for applications requiring tough and high-precision cutting edges, such as high-load machining and micromachining.

(5) 본 개시의 일 양태에 따른 공구는, 상기 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 다이아몬드 다결정체를 구비한 공구이다.(5) A tool according to one aspect of the present disclosure is a tool provided with the diamond polycrystal described in any one of (1) to (4) above.

이 공구는, 각종 재료의 가공에 있어서, 우수한 내결손성을 갖는다.This tool has excellent fracture resistance in processing various materials.

[본 개시의 실시형태의 상세][Details of Embodiments of the Present Disclosure]

본 개시의 일 실시형태에 따른 다이아몬드 다결정체 및 다이아몬드 다결정체를 이용한 공구의 구체예를, 이하에 도면을 참조하면서 설명한다.A specific example of a polycrystal of diamond and a tool using the polycrystal of diamond according to an embodiment of the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

본 명세서에 있어서 「A∼B」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 하한 상한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에서 단위의 기재가 없고, B에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 동일하다.In this specification, the notation in the form of "A to B" means the lower limit and upper limit of the range (ie, from A to B), and when no unit is described in A and a unit is described only in B, A Units and units of B are the same.

[다이아몬드 다결정체][Diamond Polycrystal]

본 실시형태에 따른 다이아몬드 다결정체는, 다이아몬드를 기본 조성으로 한다. 즉, 다이아몬드 다결정체는, 다이아몬드를 기본 조성으로 하고, 실질적으로, 소결 조제 및 결합재의 한쪽 또는 양쪽에 의해 형성되는 결합상(바인더)을 포함하지 않는다. 따라서, 매우 높은 경도와 강도를 구비하여, 고온 조건 하에 있어서도 결합재와의 열팽창률의 차이나 결합재의 촉매 작용에 의한 기계적 특성의 열화나 탈립(脫粒)이 발생하지 않는다.The diamond polycrystal according to the present embodiment has diamond as a basic composition. That is, the diamond polycrystal has diamond as its basic composition and substantially does not contain a bonding phase (binder) formed by one or both of the sintering aid and the binder. Therefore, it has very high hardness and strength, and even under high-temperature conditions, deterioration of mechanical properties due to the difference in thermal expansion coefficient with the binder or the catalytic action of the binder does not occur.

다이아몬드 다결정체는, 복수의 다이아몬드 입자에 의해 구성되는 다결정이기 때문에, 단결정과 같은 이방성 및 벽개성이 없고, 전방위에 대하여 등방적인 경도 및 내마모성을 갖는다.Since the diamond polycrystal is a polycrystal composed of a plurality of diamond grains, it does not have anisotropy and cleavage like single crystals, and has isotropic hardness and wear resistance in all directions.

본 개시에 있는 다이아몬드 다결정체는, X선 회절법에 의해 얻어진 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 다이아몬드 구조 유래의 모든 회절 피크의 적분 강도의 합계에 대하여, 10%보다 큰 적분 강도를 갖는, 다이아몬드 구조 이외에서 유래되는 회절 피크가 존재하지 않는 것으로 규정된다. 즉, X선 회절 스펙트럼에 의해, 당해 다이아몬드 다결정체는 상기 결합상을 포함하지 않는 것을 확인할 수 있다. 회절 피크의 적분 강도는 백그라운드를 제외한 값으로 한다. X선 회절 스펙트럼은, 하기의 방법에 의해 얻을 수 있다.The diamond polycrystal of the present disclosure has an integrated intensity greater than 10% of the total integrated intensity of all diffraction peaks derived from the diamond structure in an X-ray diffraction spectrum obtained by an X-ray diffraction method, other than a diamond structure. It is defined that no diffraction peaks originating from are present. That is, it can be confirmed from the X-ray diffraction spectrum that the diamond polycrystal does not contain the above bonding phase. The integrated intensity of the diffraction peak is the value excluding the background. An X-ray diffraction spectrum can be obtained by the method described below.

다이아몬드 다결정체를 다이아몬드 지석으로 연삭 가공하고, 그 가공면을 관찰면으로 한다.The diamond polycrystal is ground with a diamond grindstone, and the processed surface is used as an observation surface.

X선 회절 장치(Rigaku사 제조 「MiniFlex600」(상품명))를 이용하여 다이아몬드 다결정체의 가공면의 X선 회절 스펙트럼을 얻는다. 이때의 X선 회절 장치의 조건은 예컨대, 하기와 같이 한다.An X-ray diffraction spectrum of a processed surface of a diamond polycrystal is obtained using an X-ray diffractometer ("MiniFlex600" (trade name) manufactured by Rigaku). The conditions of the X-ray diffractometer at this time are, for example, as follows.

특성 X선: Cu-Kα(파장 1.54Å)Characteristic X-rays: Cu-Kα (wavelength 1.54 Å)

관 전압: 45 kVTube voltage: 45 kV

관 전류: 40 mATube current: 40 mA

필터: 다층 미러Filter: Multilayer Mirror

광학계: 집중법Optics: concentrating method

X선 회절법: θ-2θ법.X-ray diffraction method: θ-2θ method.

다이아몬드 다결정체는, 본 실시형태의 효과를 나타내는 범위에서 불가피 불순물을 포함하고 있어도 상관없다. 불가피 불순물로서는, 예컨대, 1 ppm 이하의 수소, 1 ppm 이하의 산소, 1 ppm 이하의 질소 등을 들 수 있다. 본 명세서 내에서 불가피 불순물의 농도란, 원자수를 기준으로 한 농도를 의미한다.The diamond polycrystal may contain unavoidable impurities as long as the effect of the present embodiment is exhibited. As an unavoidable impurity, hydrogen of 1 ppm or less, oxygen of 1 ppm or less, nitrogen of 1 ppm or less, etc. are mentioned, for example. The concentration of an unavoidable impurity in the present specification means a concentration based on the number of atoms.

다이아몬드 다결정체 중의 수소, 산소 및 질소의 각각의 농도는, 강도 향상의 관점에서, 1 ppm 이하가 바람직하고, 0.1 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 다이아몬드 다결정체 중의 전체 불순물 농도는, 3 ppm 이하가 바람직하고, 0.3 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 다이아몬드 다결정체 중의 수소, 산소 및 질소의 각각의 농도의 하한치는 특별히 한정되지 않지만, 제조상의 관점에서 0.001 ppm 이상이 바람직하다.The respective concentrations of hydrogen, oxygen, and nitrogen in the diamond polycrystal are preferably 1 ppm or less, more preferably 0.1 ppm or less, from the viewpoint of improving the strength. The total impurity concentration in the diamond polycrystal is preferably 3 ppm or less, more preferably 0.3 ppm or less. The lower limit of each concentration of hydrogen, oxygen and nitrogen in the diamond polycrystal is not particularly limited, but is preferably 0.001 ppm or more from the viewpoint of production.

다이아몬드 다결정체 중의 수소, 산소, 질소의 농도는, 이차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의해 측정할 수 있다.The concentrations of hydrogen, oxygen, and nitrogen in the diamond polycrystal can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는 소결체이지만, 통상 소결체란 바인더를 포함하는 것을 의도하는 경우가 많기 때문에, 본 실시형태에서는 「다결정체」라는 용어를 이용하고 있다.The polycrystal of diamond in this embodiment is a sintered body, but since a sintered body is often intended to contain a binder, the term “polycrystal” is used in this embodiment.

(다이아몬드 입자)(diamond particle)

다이아몬드 입자는, 평균 입경이 100 ㎚ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 작은 평균 입경을 갖는 다이아몬드 입자로 구성되는 다이아몬드 다결정체는, 고부하 가공이나 미세 가공 등의 강인하고 정밀도가 높은 날끝이 요구되는 용도의 공구에, 적합하게 적용할 수 있다. 다이아몬드 입자의 평균 입경이 100 ㎚를 초과하면, 날끝의 정밀도가 악화되고, 또한, 날끝의 결손이 일어나기 쉬워지며, 고부하에서 정밀한 가공용 공구에 적용할 수 없다.It is preferable that the diamond particle has an average particle diameter of 100 nm or less. Diamond polycrystals composed of diamond particles having such a small average grain size can be suitably applied to tools for applications requiring tough and high-precision cutting edges, such as high-load machining and micro-machining. If the average particle diameter of the diamond particles exceeds 100 nm, the precision of the edge deteriorates, and chipping of the edge easily occurs, and it cannot be applied to a tool for precise processing under high load.

다이아몬드 다결정체를, 강인하고 정밀도가 높은 날끝이 요구되는 용도의 공구에, 적합하게 적용한다고 하는 관점에서는, 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 50 ㎚ 이하가 보다 바람직하고, 20 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다. 이 관점에서는, 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 15 ㎚ 이하로 할 수 있고, 10 ㎚ 이하로 할 수도 있다.From the viewpoint of suitably applying diamond polycrystals to tools for applications requiring tough and highly accurate cutting edges, the average particle diameter of diamond particles is more preferably 50 nm or less, and more preferably 20 nm or less. From this point of view, the average particle diameter of the diamond particles can be 15 nm or less, and can also be 10 nm or less.

다이아몬드 특유의 기계적 강도를 얻을 수 있다고 하는 관점에서는, 다이아몬드 입자의 평균 입경의 하한치는, 1 ㎚ 이상이 바람직하다. 이 관점에서는, 다이아몬드 입자의 평균 입경은, 10 ㎚ 이상으로 할 수 있고, 15 ㎚ 이상으로 할 수도 있다.From the viewpoint of obtaining the mechanical strength peculiar to diamond, the lower limit of the average particle diameter of diamond particles is preferably 1 nm or more. From this point of view, the average particle diameter of the diamond particles can be 10 nm or more, and can also be 15 nm or more.

다이아몬드 입자의 평균 입경은, 1 ㎚ 이상 100 ㎚ 이하가 바람직하고, 10 ㎚ 이상 60 ㎚ 이하가 보다 바람직하며, 15 ㎚ 이상 50 ㎚ 이하가 더욱 바람직하다.The average particle diameter of the diamond particles is preferably 1 nm or more and 100 nm or less, more preferably 10 nm or more and 60 nm or less, and still more preferably 15 nm or more and 50 nm or less.

다이아몬드 입자의 평균 입경은, 다이아몬드 다결정체를 연마 가공에 의해 평탄한 경면으로 마무리한 표면을, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여 화상 관찰을 함으로써 구할 수 있다. 구체적인 방법은 하기와 같다.The average particle diameter of a diamond particle can be obtained by image observation of a surface obtained by polishing a diamond polycrystal to a flat mirror surface using a scanning electron microscope (SEM). The specific method is as follows.

다이아몬드 휠 등의 연마 가공에 의해 평탄한 경면으로 마무리한 다이아몬드 다결정체의 표면을, 고분해능 주사형 전자 현미경을 이용하여, 1000∼100000배의 배율로 관찰하고, SEM 화상을 얻는다. 고분해능 주사형 전자 현미경으로서는, 예컨대, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하는 것이 바람직하다.The surface of the diamond polycrystal, which has been polished to a flat mirror surface by polishing with a diamond wheel or the like, is observed using a high-resolution scanning electron microscope at a magnification of 1000 to 100000 to obtain an SEM image. As a high-resolution scanning electron microscope, it is preferable to use, for example, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM).

다음에, 그 SEM 화상에 원을 그리고, 그 원의 중심으로부터 8개의 직선을 방사상(각 직선 사이의 교차 각도가 거의 같아지도록)으로 원의 외주까지 긋는다. 이 경우, 상기한 관찰 배율 및 원의 직경은, 상기한 직선 1개당에 놓이는 다이아몬드 입자(결정 입자)의 개수가 10∼50개 정도가 되도록 설정하는 것이 바람직하다.Next, a circle is drawn on the SEM image, and eight straight lines are radially drawn from the center of the circle to the outer circumference of the circle (so that the intersection angles between the straight lines are substantially equal). In this case, it is preferable to set the above-mentioned observation magnification and circle diameter so that the number of diamond grains (crystal grains) lying on one straight line described above is about 10 to 50.

다음에, 상기한 각 직선마다 다이아몬드 입자의 결정립계를 가로지르는 수를 세고, 직선의 길이를 그 가로지르는 수로 나눔으로써 평균 절편 길이를 구하고, 그 평균 절편 길이에 1.128을 곱하여 얻어지는 수치를 평균 입경으로 한다. 3장의 SEM 화상을 이용하여, 각 화상마다 상기와 같은 방법으로 평균 입경을 구하고, 3장의 화상의 평균 입경의 평균치를 「다이아몬드 입자의 평균 입경」으로 한다.Next, count the number of lines crossing the grain boundaries of the diamond grains for each straight line, divide the length of the straight line by the number of lines crossing it to obtain the average intercept length, and multiply the average intercept length by 1.128 to obtain the value obtained as the average particle diameter. . Using three SEM images, the average particle diameter is obtained for each image in the same manner as described above, and the average value of the average particle diameters of the three images is set as "average particle diameter of diamond particles".

SEM 화상에 있어서의 다이아몬드 입자의 장경 A와 단경 B의 종횡비(A/B)는, 미세 균열의 발생 억제의 관점에서, 1≤A/B<4인 것이 바람직하다. 여기서, 장경이란, 다이아몬드 입자의 외곽선 상에서 가장 떨어진 2점 사이의 거리를 의미한다. 단경이란, 장경을 규정하는 직선에 직교하고, 또한, 다이아몬드 입자의 외곽과의 2점의 교점 사이의 거리가 최장인 직선의 거리를 의미한다.The aspect ratio (A/B) of the major axis A and the minor axis B of the diamond particles in the SEM image is preferably 1≤A/B<4 from the viewpoint of suppressing the occurrence of microcracks. Here, the major axis means the distance between the two most distant points on the outline of the diamond particle. The minor axis means the distance of a straight line that is orthogonal to the straight line defining the major axis and has the longest distance between the intersections of two points with the outer edge of the diamond particle.

(누프 경도)(Knoop Hardness)

본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한 상태에서 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성되는 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a로 하고, 시험 하중을 해제한 후에 다이아몬드 다결정체의 표면에 남는 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a'로 한 경우에, a에 대한 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하이다.The diamond polycrystal of the present embodiment is subjected to a Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, in a state where a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of the diamond polycrystal. When the length of the long diagonal of the first Knoop indentation formed in is a and the length of the long diagonal of the second Knoop indentation remaining on the surface of the diamond polycrystal after release of the test load is a' , the ratio of a' to a (a'/a) is 0.99 or less.

JIS Z 2251:2009에 규정된 누프 경도 시험은, 공업 재료의 경도의 측정 방법의 하나로서 공지이다. 누프 경도 시험은, 소정의 온도 및 소정의 하중(시험 하중)으로 누프 압자를 피측정 재료에 압박함으로써, 피측정 재료의 경도를 구하는 것이다. 본 실시형태에 있어서, 소정의 온도는 23℃±5℃이며, 소정의 하중은 4.9 N이다.The Knoop hardness test specified in JIS Z 2251:2009 is known as one of the methods for measuring the hardness of industrial materials. The Knoop hardness test is to determine the hardness of a material to be measured by pressing a Knoop indenter against the material to be measured at a predetermined temperature and with a predetermined load (test load). In this embodiment, the predetermined temperature is 23° C.±5° C., and the predetermined load is 4.9 N.

누프 압자란, 바닥면이 마름모꼴인 사각뿔의 형상을 갖는 다이아몬드제의 압자를 말한다. 누프 경도 시험에서는, 누프 압자의 바닥면과는 반대쪽의 정점측을 피측정재에 압입한다. 본 명세서에 있어서, 누프 압흔이란, 소정의 온도 및 소정의 시험 하중으로 누프 압자를 피측정 재료의 표면에 압입한 상태에서 피측정 재료(본 실시형태에서는 다이아몬드 다결정체)의 표면에 형성되는 마름모꼴의 흔적인 제1 누프 압흔(도 1의 「제1 누프 압흔」 참조) 및 시험 하중을 해제한 직후에, 피측정 재료의 표면에 남은 영구 변형된 흔적인 제2 누프 압흔(도 1의 「제2 누프 압흔」 참조)을 포함하는 의미로서 정의된다.A Knoop indenter refers to an indenter made of diamond having the shape of a quadrangular pyramid with a rhombic bottom surface. In the Knoop hardness test, the apex side opposite to the bottom surface of the Knoop indenter is pressed into the material to be measured. In the present specification, a Knoop indentation is a rhombic shape formed on the surface of a material to be measured (diamond polycrystal in this embodiment) in a state in which a Knoop indenter is pressed into the surface of the material to be measured at a predetermined temperature and a predetermined test load. First Knoop indentation (refer to “First Knoop indentation” in FIG. 1), which is a trace, and second Knoop indentation (“Second Knoop indentation” in FIG. Knoop indentation” reference) is defined as a meaning including.

통상의 금속 재료와 같은 완전 소성체에서는, 누프 압자를 압입한 상태에서의 제1 누프 압흔과, 누프 압자를 제거한 후에 남는 제2 압흔은 같은 형상이 된다. 누프 압흔은 시험 하중의 해제 전후에서 동일 형상을 띠고, 예컨대, 도 1 중의 「제1 누프 압흔」으로서 파선으로 나타낸 마름모꼴이 된다. 따라서, 완전 소성체에서는, 상기 a와 상기 a'는 동일(a=a')하다. 또한, 제1 누프 압흔의 짧은 쪽의 대각선의 길이 b(도 1 참조)와, 제2 누프 압흔의 짧은 쪽의 대각선의 길이 b'(도 1 참조)도 동일(b=b')하다.In a perfectly sintered body such as a normal metal material, the first Knoop indentation in the state where the Knoop indenter is pushed in and the second Knoop indentation remaining after the Knoop indenter is removed have the same shape. The Knoop indentation takes on the same shape before and after release of the test load, and becomes, for example, a diamond shape indicated by a broken line as a “first Knoop indentation” in FIG. 1 . Therefore, in the perfectly sintered body, the above a and the above a' are the same (a = a'). Further, the length b of the shorter diagonal of the first Knoop indentation (see Fig. 1) and the length of the shorter diagonal of the second Knoop indentation b' (see Fig. 1) are also the same (b = b').

한편, 피측정 재료가 탄성체인 경우, 압자를 제거하여 시험 하중을 해제하면, 누프 압흔에 도 1의 탄성 회복을 나타내는 화살표 방향의 탄성 회복이 생기고, 누프 압흔이 원래대로 돌아가려고 하여, 영구 변형된 흔적에 도달한다(탄성 회복). 이 경우, 상기 a와 상기 a'는, a>a'의 관계를 나타내고, 상기 b와 상기 b'는, b>b'의 관계를 나타낸다.On the other hand, when the material to be measured is an elastic material, when the test load is released by removing the indenter, the Knoop indentation undergoes elastic recovery in the direction of the arrow indicating the elastic recovery in Fig. 1, and the Knoop indentation tries to return to its original state, resulting in permanent deformation. reaching the trace (elastic recovery). In this case, the a and a' represent a relationship of a>a', and the b and b' represent a relationship of b>b'.

도 1의 탄성 회복을 나타내는 화살표 방향의 복귀가 커지면, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값, 및, 상기 b에 대한 상기 b'의 비(b'/b)의 값은 작아진다. 즉, 비(a'/a)의 값, 및, 비(b'/b)의 값이 작을수록 탄성 회복(탄성적 성질)이 큰 것을 나타내고 있다.When the return in the direction of the arrow indicating the elastic recovery in FIG. 1 is increased, the value of the ratio of a' to a (a'/a) and the ratio of b' to b (b'/b) value gets smaller That is, the value of the ratio (a'/a) and the smaller the value of the ratio (b'/b) indicate that the elastic recovery (elastic property) is greater.

탄성 회복은, 누프 압흔의 짧은 쪽의 대각선을 따르는 방향(b에서 b'로의 탄성 회복)쪽이, 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선을 따르는 방향(a에서 a'로의 탄성 회복)보다도 생기기 쉽다.Elastic recovery occurs more easily in the direction along the shorter diagonal line of the Knoop indentation (elastic recovery from b to b') than in the direction along the longer diagonal line of the Knoop indentation (elastic recovery from a to a').

종래의 일반적인 다이아몬드 다결정체는, 탄성이 매우 작기 때문에, 상기 a와 상기 a'는 동일한 길이(a=a')이며, 상기 b와 상기 b'도 동일한 길이(b=b')이다.Since the elasticity of conventional general diamond polycrystals is very small, a and a' are the same length (a=a'), and b and b' are also the same length (b=b').

특허문헌 1의 다이아몬드 다결정체는 탄성을 갖기 때문에, 상기 b와 상기 b'는, b>b'의 관계를 나타낸다. 그러나, 탄성이 작기 때문에, 상기 a와 상기 a'의 값은 거의 동일(a≒a')하다.Since the diamond polycrystal of Patent Literature 1 has elasticity, the above b and the above b' show a relationship of b > b'. However, since the elasticity is small, the values of a and a' are almost equal (a≒a').

한편, 본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하이며, 특허문헌 1의 다이아몬드 다결정체보다도 탄성이 크다. 본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, 큰 탄성을 갖기 때문에, 인장 응력에 대한 내균열발생성이 향상되고 있다. 이 때문에, 다이아몬드 다결정체를 공구의 재료로서 이용한 경우에, 날끝에 가해지는 응력 집중이 완화되고, 날끝의 결손에 의한 손상이 억제된다.On the other hand, the diamond polycrystal of the present embodiment has a ratio of a' to a (a'/a) of 0.99 or less, and has greater elasticity than that of the diamond polycrystal of Patent Literature 1. Since the diamond polycrystal of the present embodiment has high elasticity, resistance to cracking against tensile stress is improved. For this reason, when diamond polycrystal is used as a material for a tool, stress concentration applied to the edge is alleviated and damage due to chipping of the edge is suppressed.

또한, 본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, 초정밀한 것이 요구되는 절삭에 이용된 경우에, 날끝이 탄성적으로 변형되기 때문에, 경면 가공 등에서 문제가 되는 절삭흔에 기인하는 회절 현상(소위 무지갯빛 패턴)이 발생하기 어렵게 된다.In addition, since the edge of the diamond polycrystal of the present embodiment is elastically deformed when used for cutting that requires ultra-precision, diffraction phenomena (so-called iridescent patterns) due to cutting marks, which are a problem in mirror processing, etc. ) becomes difficult to occur.

본 실시형태에 따른 다이아몬드 다결정체는, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값은, 0.99 이하이다. 상기 비(a'/a)의 값이 0.99를 초과하면, 취성(脆性)이 높아지고, 국소적인 응력을 가한 경우에, 크랙이 생기기 쉬워진다.In the diamond polycrystal according to the present embodiment, the value of the ratio (a'/a) of a' to a is 0.99 or less. When the value of the ratio (a'/a) exceeds 0.99, brittleness increases and cracks tend to occur when a local stress is applied.

상기 비(a'/a)의 값은 0.98 이하가 바람직하고, 0.9 이하가 보다 바람직하다. 상기 비(a'/a)의 값은, 작을수록 탄성 변형성이 커진다. 탄성 변형성이 너무 커지면, 공구로서 사용한 경우에, 가공 중의 날끝의 변형에 의해 가공성이 악화되는 경우가 있다. 이러한 관점에서, 상기 비(a'/a)의 값은, 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 비(a'/a)의 값은 0.7 이상 0.99 이하가 바람직하고, 0.7 이상 0.98 이하가 보다 바람직하며, 0.7 이상 0.9 이하가 더욱 바람직하다.0.98 or less is preferable and, as for the value of the said ratio (a'/a), 0.9 or less is more preferable. The smaller the value of the ratio (a'/a), the greater the elastic deformability. If the elastic deformability is too large, when used as a tool, workability may be deteriorated due to deformation of the edge during processing. From this point of view, the value of the ratio (a'/a) is preferably 0.7 or more. The value of the ratio (a'/a) is preferably 0.7 or more and 0.99 or less, more preferably 0.7 or more and 0.98 or less, and still more preferably 0.7 or more and 0.9 or less.

본 명세서에 있어서, 제1 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a 및 짧은 쪽의 대각선의 길이 b, 그리고, 제2 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a' 및 짧은 쪽의 대각선의 길이 b'는 하기의 방법에 의해 계측된다.In the present specification, the length a of the long diagonal line and the length b of the short diagonal line in the first Knoop indentation, and the length a' of the long diagonal line and the length of the short diagonal line in the second Knoop indentation. The length b' of is measured by the following method.

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한다. 그 후, 시험 하중을 해제한 후에, 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성된 영구 변형된 제2 누프 압흔을, 통상의 미소 경도계에 구비되어 있는 광학 현미경으로 관찰, 혹은 레이저 현미경으로 관찰함으로써, 제2 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a' 및 짧은 쪽의 대각선의 길이 b'를 계측한다.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of a diamond polycrystal. Thereafter, after releasing the test load, the permanently deformed second Knoop indentation formed on the surface of the diamond polycrystal is observed with an optical microscope equipped with a conventional micro hardness tester or with a laser microscope to observe the second Knoop indentation. Measure the length a' of the longer diagonal and the length b' of the shorter diagonal in .

또한, 시험 하중을 해제한 후의 다이아몬드 다결정체의 표면을, 고분해능 주사형 전자 현미경(예컨대, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM))이나 고감도 미분 간섭 현미경(편광 간섭에 의해 간섭색의 콘트라스트를 부여하여 가시화하는 현미경)으로 정밀하게 관찰한다.In addition, the surface of the diamond polycrystal after release of the test load was examined using a high-resolution scanning electron microscope (e.g., a field emission scanning electron microscope (FE-SEM)) or a high-sensitivity differential interference microscope (providing contrast of interference colors by polarization interference). and observe it precisely with a microscope).

다이아몬드 다결정체의 표면을 고분해능 주사형 전자 현미경이나 고감도 미분 간섭 현미경으로 관찰하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 영구 변형된 제2 누프 압흔의 정점으로부터 제2 누프 압흔의 외측을 향해, 통상의 광학 현미경으로는 관찰되지 않는 아주 약간의 줄무늬 압흔이 관찰된다.When the surface of the diamond polycrystal is observed with a high-resolution scanning electron microscope or a high-sensitivity differential interference microscope, as shown in FIG. Very slight streak indentations not observed under a microscope are observed.

제2 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a'와, 긴 쪽의 대각선의 단부와 연속하는 줄무늬 압흔의 길이 a'1 및 a'2를 계측한다. 긴 쪽의 대각선의 길이 a'와, 줄무늬 압흔의 길이 a'1 및 a'2의 합계(a'+a'1+a'2)를 제1 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a로 한다.The length a' of the longer diagonal line in the second Knoop indentation, and the lengths a'1 and a'2 of stripe indentations continuing with the ends of the longer diagonal line are measured. The length of the longer diagonal a' and the sum of the lengths a'1 and a'2 of the stripe indentation (a'+a'1+a'2) are the lengths of the longer diagonal in the first Knoop indentation a do it with

제2 누프 압흔에 있어서의 짧은 쪽의 대각선의 길이 b'와, 짧은 쪽의 대각선의 단부와 연속하는 줄무늬 압흔의 길이 b'1 및 b'2를 계측한다. 짧은 쪽의 대각선의 길이 b'와, 줄무늬 압흔의 길이 b'1 및 b'2의 합계(b'+b'1+b'2)를 제1 누프 압흔에 있어서의 짧은 쪽의 대각선의 길이 b로 한다.The length b' of the shorter diagonal line in the second Knoop indentation and the lengths b'1 and b'2 of the stripe indentations continuing with the ends of the shorter diagonal line are measured. The length of the shorter diagonal in the first Knoop indentation b' and the sum of the lengths b'1 and b'2 of the stripe indentation (b'+b'1+b'2) do it with

본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, 상기 a의 값으로부터 산출된 누프 경도가 100 GPa 이상 140 GPa 미만인 것이 바람직하다. 이 다이아몬드 다결정체는 경도가 높고, 우수한 내마모성을 가질 수 있다. 누프 경도가 100 GPa 미만이면, 예컨대, 다이아몬드 다결정체를 이용하여 절삭 공구를 제작한 경우에, 날끝 마모가 커져, 사용할 수 없는 경우가 있다. 한편, 누프 경도가 140 GPa 이상이면, 예컨대, 다이아몬드 다결정체를 이용하여 절삭 공구를 제작한 경우에, 날끝이 결손되기 쉬워지는 경우가 있다. 누프 경도는, 내마모성 향상의 관점에서, 120 GPa 이상 140 GPa 미만이 보다 바람직하고, 130 GPa 이상 140 GPa 미만이 더욱 바람직하다.The diamond polycrystal of the present embodiment preferably has a Knoop hardness calculated from the value a above of 100 GPa or more and less than 140 GPa. This diamond polycrystal has high hardness and can have excellent wear resistance. When the Knoop hardness is less than 100 GPa, for example, when a cutting tool is manufactured using a diamond polycrystal, the wear of the edge of the blade increases and it may not be usable. On the other hand, when the Knoop hardness is 140 GPa or more, for example, when a cutting tool is manufactured using a diamond polycrystal, the edge may be easily chipped. The Knoop hardness is more preferably 120 GPa or more and less than 140 GPa, and still more preferably 130 GPa or more and less than 140 GPa, from the viewpoint of improving wear resistance.

본 명세서에 있어서, 누프 경도란, 제1 누프 압흔에 기초하여, 하기의 방법에 의해 얻어지는 값이다. 우선, 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a(㎛)를 계측한다. 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a의 계측 방법에 대해서는, 상기에 설명한 바와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 긴 쪽의 대각선의 길이 a의 값을 이용하여, 하기 식 (1)로부터 누프 경도(HK)를 산출한다.In this specification, the Knoop hardness is a value obtained by the following method based on the first Knoop indentation. First, the length a (μm) of the longer diagonal of the first Knoop indentation is measured. Since the measurement method of the length a of the longer diagonal of the first Knoop indentation is as described above, the description thereof will not be repeated. The Knoop hardness (HK) is calculated from the following formula (1) using the value of the length a of the longer diagonal.

HK=14229×F/a2 식 (1)HK=14229×F/a 2 Equation (1)

또한, 제2 누프 압흔에 있어서의 a'에 기초하여 누프 경도를 산출한 경우, 이 누프 경도는, 탄성 회복 후의 겉보기 경도가 되고, 제1 누프 압흔에 기초한 본래의 누프 경도의 값보다도 커진다. 이 겉보기 경도는, JIS Z 2251:2009에서 규정되는, 영구 변형의 압흔이 형성되는 것을 전제로 한 공업 재료의 정확한 경도를 나타내는 것은 아니다.Further, when the Knoop hardness is calculated based on a' in the second Knoop indentation, this Knoop hardness becomes the apparent hardness after elastic recovery and is larger than the original Knoop hardness value based on the first Knoop indentation. This apparent hardness does not represent the exact hardness of an industrial material on the premise that indentation of permanent deformation, which is specified in JIS Z 2251:2009, is formed.

[공구][tool]

본 실시형태의 다이아몬드 다결정체는, 경도가 높고, 또한 큰 탄성을 가지며, 내결손성이 우수하기 때문에, 절삭 공구, 내마모 공구, 연삭 공구, 마찰 교반 접합용 툴 등에 적합하게 이용할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 공구는, 상기한 다이아몬드 다결정체를 구비한 것이다.Since the diamond polycrystal of the present embodiment has high hardness, high elasticity, and excellent fracture resistance, it can be suitably used for cutting tools, wear-resistant tools, grinding tools, tools for friction stir welding, and the like. That is, the tool of this embodiment is equipped with the above-described diamond polycrystal.

상기한 공구는, 그 전체가 다이아몬드 다결정체로 구성되어 있어도 좋고, 그 일부(예컨대 절삭 공구의 경우, 날끝 부분)만이 다이아몬드 다결정체로 구성되어 있어도 좋다. 또한, 각 공구는, 그 표면에 코팅막이 형성되어 있어도 좋다.The tool may be entirely composed of polycrystal diamond, or only a part thereof (for example, the edge of a cutting tool in the case of a cutting tool) may be composed of polycrystal diamond. In addition, each tool may have a coating film formed on its surface.

절삭 공구로서는, 드릴, 엔드밀, 드릴용 날끝 교환형 절삭팁, 엔드밀용 날끝 교환형 절삭팁, 프라이즈 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 선삭 가공용 날끝 교환형 절삭팁, 금속 톱, 기어 절삭 공구, 리머, 탭, 절삭 바이트 등을 들 수 있다.As cutting tools, drills, end mills, interchangeable blade cutting tips for drills, exchangeable blade cutting tips for end mills, exchangeable blade cutting tips for flea processing, exchangeable blade tip cutting tips for turning, metal saws, gear cutting tools, reamers, A tap, a cutting bite, etc. are mentioned.

내마모 공구로서는, 다이스, 스크라이버, 스크라이빙 휠, 드레서 등을 들 수 있다.Examples of wear-resistant tools include dies, scribers, scribing wheels, and dressers.

연삭 공구로서는, 연삭 지석 등을 들 수 있다.As a grinding tool, a grinding grindstone etc. are mentioned.

[다이아몬드 다결정체의 제조 방법][Method for producing diamond polycrystal]

상기한 다이아몬드 다결정체는, 예컨대, 하기의 방법으로 제조할 수 있다.The diamond polycrystal described above can be produced, for example, by the following method.

우선, 그래파이트화도가 0.4 이하인 비다이아몬드형 탄소 재료를 준비한다. 비다이아몬드형 탄소 재료는, 그래파이트화도가 0.4 이하이고 다이아몬드가 아닌 탄소 재료라면 특별히 제한은 없다.First, a non-diamond-like carbon material having a graphitization degree of 0.4 or less is prepared. The non-diamond-like carbon material is not particularly limited as long as it has a graphitization degree of 0.4 or less and is a non-diamond carbon material.

예컨대, 고순도 가스로부터의 열분해법에 의해 비다이아몬드형 탄소 재료를 제작하면, 그래파이트화도가 0.4 이하이고, 또한, 수소, 산소, 질소 등의 불순물 농도가 각각 1 ppm 이하인 비다이아몬드형 탄소 재료를 얻을 수 있다.For example, when a non-diamond-like carbon material is produced by thermal decomposition from a high-purity gas, a non-diamond-like carbon material having a graphitization degree of 0.4 or less and a concentration of impurities such as hydrogen, oxygen, and nitrogen of 1 ppm or less can be obtained. there is.

비다이아몬드 탄소 재료는, 고순도 가스로부터의 열분해법에 의해 제작된 것에 한정되지 않는다. 예컨대, 고순도의 불활성 가스 분위기 중에서 미분쇄된 그래파이트나, 고순도 정제 처리된 아몰퍼스 카본 등의 그래파이트화도가 낮은 그래파이트나, 비결정질 탄소 재료여도 좋고, 이들의 혼합물이어도 좋다.Non-diamond carbon materials are not limited to those produced by the pyrolysis method from high purity gas. For example, it may be finely pulverized graphite in a high-purity inert gas atmosphere, graphite with a low degree of graphitization such as high-purity refining amorphous carbon, amorphous carbon material, or a mixture thereof.

비다이아몬드형 탄소 재료의 그래파이트화도(P)는, 이하와 같이 하여 구할 수 있다. 비다이아몬드형 탄소 재료의 X선 회절에 의해, 비다이아몬드형 탄소 재료의 그래파이트의 (002)면의 면간격(d002)을 측정하고, 이하의 식 (2)에 의해,The degree of graphitization (P) of the non-diamond-like carbon material can be determined as follows. The interplanar spacing (d 002 ) of the ( 002 ) plane of the graphite of the non-diamond-like carbon material was measured by X-ray diffraction of the non-diamond-like carbon material, and by the following equation (2),

d002=3.440-0.086×(1-p2) 식 (2)d 002 =3.440-0.086×(1-p 2 ) Equation (2)

비다이아몬드형 탄소 재료의 난층 구조부의 비율(p)이 산출된다. 이렇게 해서 얻어진 난층 구조부의 비율(p)로부터, 이하의 식 (3)에 의해,The ratio p of the random-layered structure portion of the non-diamond-like carbon material is calculated. From the ratio (p) of the turbostratic structure obtained in this way, by the following equation (3),

P=1-p 식 (3)P=1-p Equation (3)

그래파이트화도(P)가 산출된다.The degree of graphitization (P) is calculated.

비다이아몬드형 탄소 재료는, 결정립의 성장을 억제한다는 관점에서, 불순물인 철족 원소 금속을 포함하지 않는 것이 바람직하다.It is preferable that the non-diamond-like carbon material does not contain an impurity iron group element metal from the viewpoint of suppressing the growth of crystal grains.

비다이아몬드형 탄소 재료는, 결정립의 성장을 억제하고, 다이아몬드로의 직접 변환을 촉진한다는 관점에서, 불순물인 수소, 산소, 질소 등의 농도가 낮은 것이 바람직하다. 비다이아몬드형 탄소 재료 중의 수소, 산소 및 질소의 농도는, 각각 1 ppm 이하가 바람직하고, 0.1 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 또한, 비다이아몬드형 탄소 재료 중의 전체 불순물 농도는 3 ppm 이하가 바람직하고, 0.3 ppm 이하가 더욱 바람직하다. 본 명세서 중, 불순물의 농도란, 원자수를 기준으로 한 농도를 의미한다.The non-diamond-like carbon material preferably has a low concentration of impurities such as hydrogen, oxygen, and nitrogen from the viewpoint of suppressing crystal grain growth and promoting direct conversion into diamond. The concentration of hydrogen, oxygen and nitrogen in the non-diamond-like carbon material is preferably 1 ppm or less, more preferably 0.1 ppm or less, respectively. Further, the total impurity concentration in the non-diamond-like carbon material is preferably 3 ppm or less, more preferably 0.3 ppm or less. In this specification, the concentration of impurities means the concentration based on the number of atoms.

비다이아몬드형 탄소 원료 중의 수소, 산소 및 질소 등의 불순물의 농도는, 이차 이온 질량 분석법(SIMS)에 의해 측정할 수 있다.The concentration of impurities such as hydrogen, oxygen, and nitrogen in the non-diamond-like carbon raw material can be measured by secondary ion mass spectrometry (SIMS).

다음에, 상기한 비다이아몬드형 탄소 재료를, 압력을 P(GPa), 온도를 T(℃)로 한 경우, T≤1000℃ 및 P≤10 GPa를 만족하는 조건 하에서, P 및 T를 동시에 상승시켜, P≥0.0000903T2-0.394T+443, 및, P≤0.000148T2-0.693T+823을 만족하는 압력 및 온도까지 승압 승온하고, 이 승압 승온에 의해 도달한 압력 및 온도에서 1분 이상 유지함으로써, 다이아몬드 다결정체를 얻는다.Next, for the above non-diamond-like carbon material, when the pressure is P (GPa) and the temperature is T (°C), P and T are simultaneously increased under the conditions that satisfy T≤1000 °C and P≤10 GPa. and raise the temperature to a pressure and temperature that satisfy P≥0.0000903T 2 -0.394T+443 and P≤0.000148T 2 -0.693T+823, and hold at the pressure and temperature reached by the pressure and temperature for 1 minute or longer By holding, a diamond polycrystal is obtained.

상기한 조건을 만족하는 온도보다 높은 온도라면, 압력에 관계없이 다이아몬드 입자의 입경이 조대화하여, 고강도의 다이아몬드 다결정체를 얻을 수 없게 될 우려가 있다. 한편 상기한 조건을 만족하는 온도보다 낮은 온도라면, 소결성이 저하되어, 압력에 관계없이 다이아몬드 입자끼리의 결합력이 저하될 우려가 있다. 상기한 압력 및 온도에 있어서의 소결 시간은 5분∼20분이 바람직하고, 10분∼20분이 보다 바람직하다.If the temperature is higher than the temperature that satisfies the above conditions, the grain size of the diamond particles coarsens regardless of the pressure, and there is a risk that a high-strength diamond polycrystal cannot be obtained. On the other hand, if the temperature is lower than the temperature that satisfies the above conditions, there is a possibility that the sinterability is lowered and the bonding force between the diamond particles is lowered regardless of the pressure. The sintering time at the pressure and temperature described above is preferably 5 minutes to 20 minutes, and more preferably 10 minutes to 20 minutes.

본 실시형태의 다이아몬드 다결정체의 제조 방법에 있어서 이용되는 고압 고온 발생 장치는, 다이아몬드상이 열역학적으로 안정한 상인 압력 및 온도의 조건이 얻어지는 장치라면 특별히 제한은 없지만, 생산성 및 작업성을 높인다는 관점에서, 벨트형 또는 멀티 앤빌형(multi-anvil)이 바람직하다. 또한, 원료인 비다이아몬드형 탄소 재료를 수납하는 용기는, 내고압고온성의 재료라면 특별히 제한은 없고, 예컨대, Ta나 Nb 등이 적합하게 이용된다.The high-pressure and high-temperature generator used in the diamond polycrystal production method of the present embodiment is not particularly limited as long as the pressure and temperature conditions of the diamond phase are thermodynamically stable, but from the viewpoint of improving productivity and workability, A belt type or multi-anvil type is preferred. Further, the container for storing the non-diamond-like carbon material as a raw material is not particularly limited as long as it is a material with high pressure resistance and high temperature resistance, and for example, Ta, Nb, or the like is suitably used.

다이아몬드 다결정체 중으로의 불순물의 혼입을 방지하기 위해서는, 예컨대, 원료인 비다이아몬드형 탄소 재료를 Ta나 Nb 등의 고융점 금속제의 캡슐에 넣어 진공 중에서 가열하여 밀봉하고, 비다이아몬드형 탄소 재료로부터 흡착 가스나 공기를 제거하여, 상기한 압력 및 온도(압력을 P(GPa), 온도를 T(℃)로 한 경우, T≤1000℃ 및 P≤10 GPa를 만족하는 조건 하에서, P 및 T가 동시에 승압 승온되어 도달하는, P≥0.0000903T2-0.394T+443, 및, P≤0.000148T2-0.693T+823을 만족하는 압력 및 온도)인 초고압고온 하에서 다이아몬드로 직접 변환하는 것이 바람직하다.In order to prevent the incorporation of impurities into the diamond polycrystal, for example, a non-diamond-like carbon material as a raw material is placed in a capsule made of a high-melting point metal such as Ta or Nb, heated in vacuum and sealed, and adsorbed gas from the non-diamond-like carbon material. or air is removed, and the above pressure and temperature (when the pressure is P(GPa) and the temperature is T(℃), under the conditions that satisfy T≤1000℃ and P≤10 GPa, P and T simultaneously increase the pressure) It is preferable to convert directly into diamond under ultra-high pressure and high temperature (pressure and temperature that satisfy P≥0.0000903T 2 -0.394T+443, and P≤0.000148T 2 -0.693T+823) reached by heating.

실시예Example

본 실시형태를 실시예에 의해 더 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예에 의해 본 실시형태가 한정되는 것은 아니다.The present embodiment will be described more specifically by examples. However, this embodiment is not limited by these examples.

[제조예 1∼제조예 11][Production Example 1 to Production Example 11]

(다이아몬드 다결정체의 제작)(Production of diamond polycrystal)

우선, 다이아몬드 다결정체의 원료를 준비한다. 제조예 1∼제조예 4 및 제조예 8∼제조예 11에서는, 표 1에 나타내는 그래파이트화도를 갖는 비다이아몬드형 탄소 재료를 준비한다. 제조예 5 및 제조예 6에서는, 그래파이트 분말을 소성하여 제작한 통상의 등방성 그래파이트를 준비한다. 제조예 7에서는, 그래파이트화도가 낮고, 불순물(수소 및 산소)을 약 0.1 질량% 포함하는 그래파이트를, 유성 볼밀로 평균 입경을 8 ㎚로 분쇄한 분말을 준비한다.First, a raw material for a diamond polycrystal is prepared. In Production Examples 1 to 4 and Production Examples 8 to 11, non-diamond-like carbon materials having the degree of graphitization shown in Table 1 are prepared. In Production Example 5 and Production Example 6, conventional isotropic graphite prepared by firing graphite powder is prepared. In Production Example 7, graphite having a low degree of graphitization and containing about 0.1% by mass of impurities (hydrogen and oxygen) was pulverized with a planetary ball mill to an average particle diameter of 8 nm to prepare a powder.

다음에, 제조예 1∼제조예 10에서는, 상기에서 준비한 원료를 Ta제의 캡슐에 넣어 진공 중 가열하여 밀폐하고, 고압 고온 발생 장치를 이용하여, 압력 8 GPa까지 가압한 후, 온도 300℃까지 가열하고, 계속해서, 압력 16 GPa 및 온도 2170℃까지, 압력 및 온도를 동시에 상승시키고, 이 압력 및 온도 조건 하에서 15분간 고압 고온 처리하여 다이아몬드 다결정체를 얻는다. 또한, 원료에는, 소결 조제, 및, 결합재 모두 첨가하지 않는다.Next, in Production Examples 1 to 10, the raw material prepared above was placed in a capsule made of Ta, heated in a vacuum, sealed, and pressurized to a pressure of 8 GPa using a high-pressure, high-temperature generator, and then to a temperature of 300 ° C. The diamond polycrystal is obtained by heating and then simultaneously raising the pressure and temperature to a pressure of 16 GPa and a temperature of 2170° C., and performing a high-pressure and high-temperature treatment for 15 minutes under these pressure and temperature conditions. In addition, neither a sintering aid nor a binder is added to the raw material.

제조예 11에서는, 상기에서 준비한 원료를 Ta제의 캡슐에 넣어 진공 중 가열하여 밀폐하고, 고압 고온 발생 장치를 이용하여, 압력 16 GPa까지 가압한 후에, 온도 2170℃까지 가열하며, 이 압력 및 온도 조건 하에서 15분간 고압 고온 처리하여 다이아몬드 다결정체를 얻는다. 또한, 원료에는, 소결 조제, 및, 결합재 모두 첨가하지 않는다.In Production Example 11, the raw material prepared above was placed in a capsule made of Ta, heated in a vacuum, sealed, and pressurized to a pressure of 16 GPa using a high-pressure, high-temperature generator, and then heated to a temperature of 2170 ° C. Diamond polycrystals are obtained by high-pressure and high-temperature treatment for 15 minutes under conditions. In addition, neither a sintering aid nor a binder is added to the raw material.

얻어진 다이아몬드 다결정체에 대해서, 다이아몬드 입자의 평균 입경, X선 회절 스펙트럼, 불순물 농도, 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a, 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a', 누프 경도, 및, 균열 발생 하중을 측정한다.For the obtained diamond polycrystal, the average particle diameter of the diamond particle, the X-ray diffraction spectrum, the impurity concentration, the length a of the long diagonal line of the first Knoop indentation, the length a' of the long side diagonal line of the second Knoop indentation, Knoop hardness , and, the crack initiation load is measured.

(다이아몬드 입자의 평균 입경)(average particle diameter of diamond particles)

각 다이아몬드 다결정체에 포함되는 다이아몬드 입자의 평균 입경을, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용한 절단법에 의해 구한다. 구체적인 방법은 하기와 같다.The average particle diameter of diamond particles contained in each diamond polycrystal is determined by a cutting method using a scanning electron microscope (SEM). The specific method is as follows.

우선 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)을 이용하여 연마 가공한 다이아몬드 다결정체를 관찰하고, SEM 화상을 얻는다.First, a polished diamond polycrystal is observed using a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) to obtain an SEM image.

다음에 그 SEM 화상에 원을 그리고, 그 원의 중심으로부터 8개의 직선을 방사상(각 직선 사이의 교차 각도가 거의 같아지도록)으로 원의 외주까지 긋는다. 이 경우, 상기한 관찰 배율 및 원의 직경은, 상기한 직선 1개당에 놓이는 다이아몬드 입자의 개수가 10∼50개 정도가 되도록 설정한다.Next, a circle is drawn on the SEM image, and eight straight lines are drawn from the center of the circle radially (so that the intersection angles between the straight lines are substantially equal) to the outer circumference of the circle. In this case, the above observation magnification and the diameter of the circle are set so that the number of diamond grains placed per one straight line described above is about 10 to 50.

계속해서, 상기한 각 직선마다 다이아몬드 입자의 결정립계를 가로지르는 수를 세고, 직선의 길이를 그 가로지르는 수로 나눔으로써 평균 절편 길이를 구하고, 그 평균 절편 길이에 1.128을 곱하여 얻어지는 수치를 평균 입경으로 한다.Subsequently, the number of crossings of the grain boundaries of the diamond grains is counted for each straight line, the average intercept length is obtained by dividing the length of the straight line by the number of crossings, and the average intercept length is multiplied by 1.128, and the obtained value is the average particle diameter. .

또한, 상기한 SEM 화상의 배율은 30000배로 한다. 그 이유는, 이 미만의 배율에서는, 원 내의 입자의 수가 많아져, 입계가 보기 어려워짐과 더불어 계측 미스가 발생하는 데다, 선을 그릴 때에 판상 조직을 포함시킬 가능성이 높아지기 때문이다. 또한, 이를 초과하는 배율에서는, 원 내의 입자의 수가 너무 적어서, 정확한 평균 입경을 산출할 수 없기 때문이다.Incidentally, the magnification of the SEM image described above is set to 30000 times. The reason for this is that at a magnification lower than this, the number of particles in the circle increases, grain boundaries become difficult to see, measurement errors occur, and the possibility of including plate-like structures when drawing lines increases. Also, at a magnification exceeding this, the number of particles in the circle is too small, and an accurate average particle diameter cannot be calculated.

각 제조예마다, 하나의 시료에 대하여 다른 개소를 촬영한 3장의 SEM 화상을 사용하고, 각 SEM 화상마다 상기한 방법으로 평균 입경을 구하여, 얻어진 3개의 평균 입경의 평균치를 평균 입경으로 한다. 결과를 표 1의 「다이아몬드 입자의 평균 입경」 란에 나타낸다.For each production example, three SEM images of one sample taken at different locations are used, and the average particle diameter is obtained for each SEM image by the method described above, and the average of the three obtained average particle diameters is taken as the average particle diameter. The results are shown in the "average particle diameter of diamond particles" column of Table 1.

(X선 회절 스펙트럼)(X-ray diffraction spectrum)

얻어진 다이아몬드 다결정체에 대해서, X선 회절법에 의해 X선 회절 스펙트럼을 얻는다. X선 회절법의 구체적인 방법은, 상기한 발명을 실시하기 위한 형태에 기재한 바와 같기 때문에, 그 설명은 반복하지 않는다. 모든 제조예의 다이아몬드 다결정체의 X선 회절 스펙트럼에 있어서, 다이아몬드 구조 유래의 모든 회절 피크의 적분 강도의 합계의 10%보다 큰 적분 강도를 갖는, 다이아몬드 구조 이외에서 유래되는 회절 피크가 존재하지 않는 것이 확인된다.An X-ray diffraction spectrum of the obtained diamond polycrystal is obtained by an X-ray diffraction method. Since the specific method of the X-ray diffraction method is as described in the mode for carrying out the invention described above, the description thereof will not be repeated. In the X-ray diffraction spectra of the diamond polycrystals of all production examples, it was confirmed that there was no diffraction peak derived from anything other than the diamond structure having an integrated intensity greater than 10% of the sum of the integrated intensities of all diffraction peaks derived from the diamond structure. do.

(불순물 농도)(impurity concentration)

SIMS를 이용하여, 다이아몬드 다결정체 중의 질소(N), 수소(H), 산소(O)의 각 농도를 측정한다.Using SIMS, each concentration of nitrogen (N), hydrogen (H), and oxygen (O) in the diamond polycrystal is measured.

제조예 1∼제조예 6, 제조예 8∼제조예 11의 다이아몬드 다결정체는, 모두 질소, 수소 및 산소의 합계량이 3 ppm 이하이다. 제조예 7은, 수소 및 산소를, 각각 1000 ppm의 오더로 포함한다.In the diamond polycrystals of Production Examples 1 to 6 and Production Examples 8 to 11, the total amount of nitrogen, hydrogen, and oxygen is 3 ppm or less. Production Example 7 contains hydrogen and oxygen on the order of 1000 ppm, respectively.

(제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a, 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a')(Length a of the long side diagonal of the first Knoop indentation, length a' of the long side diagonal of the second Knoop indentation)

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한다. 누프 압자의 압입은 10초간 행한다. 그 후, 시험 하중을 해제한 후에, 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성된 영구 변형된 제2 누프 압흔을, 통상의 미소 경도계에 구비되어 있는 광학 현미경으로 관찰함으로써, 제2 누프 압흔에 있어서의 긴 쪽의 대각선의 길이 a'(이하, 「a'」라고도 기재함)를 계측한다.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of a diamond polycrystal. Pressing of the Knoop indenter is performed for 10 seconds. Then, after releasing the test load, by observing the permanently deformed second Knoop indentation formed on the surface of the diamond polycrystal with an optical microscope equipped with an ordinary micro hardness tester, the length of the second Knoop indentation in the second Knoop indentation The diagonal length a' (hereinafter also referred to as "a'") is measured.

또한, 시험 하중을 해제한 후의 다이아몬드 다결정체의 표면을 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM)으로 관찰하고, 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a(이하, 「a」라고도 기재함)를 측정한다.Further, the surface of the diamond polycrystal after releasing the test load was observed with a field emission scanning electron microscope (FE-SEM), and the length a of the long diagonal of the first Knoop indentation (hereinafter also referred to as "a") ) is measured.

(누프 경도)(Knoop Hardness)

제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이 a(㎛)의 값으로부터, 하기 식 (4)에 의해 누프 경도(HK)를 산출한다.From the value of the length a (micrometer) of the long side diagonal of a 1st Knoop indentation, the Knoop hardness (HK) is computed by following Formula (4).

HK=14229×4.9/a2 식 (4)HK=14229×4.9/a 2 Equation (4)

결과를 표 1의 「a」, 「a'」 「누프 경도」 란에 나타낸다. 또한, 「a」 및 「a'」의 값에 기초하여, 「a'/a」의 값을 산출한다. 결과를 표 1의 「a'/a」 란에 나타낸다.The results are shown in the "a", "a'" and "Knoop hardness" columns of Table 1. Further, based on the values of "a" and "a'", the value of "a'/a" is calculated. The results are shown in the "a'/a" column of Table 1.

(균열 발생 하중)(crack initiation load)

다이아몬드 다결정체에 대해서, 균열 발생 하중을 측정하기 위해, 이하의 조건으로 파괴 강도 시험을 실시한다.For the diamond polycrystal, a fracture strength test is conducted under the following conditions in order to measure the crack generation load.

선단 반경 R50 ㎛의 구형의 다이아몬드 압자를 준비하고, 실온(23℃±5℃)에서, 1 N/초의 부하 속도로 각 시료에 하중을 가해 가며, 시료에 균열이 발생한 순간의 하중(균열 발생 하중)을 측정한다. 균열이 발생하는 순간은 AE 센서로 측정한다. 이 측정을 5회 행한다. 각 시료의 균열 발생 하중은, 5회 측정한 결과의 5개의 값의 평균치로 한다. 결과를 표 1의 「균열 발생 하중」 란에 나타낸다. 균열 발생 하중이 클수록, 시료의 강도가 높아, 내결손성이 우수한 것을 나타낸다.A spherical diamond indenter with a tip radius of R50 μm was prepared, and a load was applied to each sample at a load rate of 1 N/sec at room temperature (23° C.±5° C.), and the load at the moment when the sample cracked (crack generation load ) is measured. The moment at which cracks occur is measured with an AE sensor. This measurement is made 5 times. The crack generation load of each sample is taken as the average value of 5 values of the results of 5 measurements. The results are shown in the "crack generation load" column of Table 1. The higher the crack generation load, the higher the strength of the sample and the better the fracture resistance.

(경면 절삭 가공 시험)(Mirror cutting process test)

각 제조예의 다이아몬드 다결정체를 구비한 공구의 내결손성을 조사하기 위해, 다이아몬드 다결정체를 이용하여 직경 0.5 mm의 볼 엔드밀 공구를 제작하고, 초경합금(WC-12% Co, 입경 0.3 ㎛)의 단면의 경면 절삭 가공을 행한다. 구체적인 절삭 조건은 하기와 같다.In order to investigate the fracture resistance of the tool provided with the diamond polycrystal of each manufacturing example, a ball end mill tool with a diameter of 0.5 mm was manufactured using the diamond polycrystal, and the cemented carbide (WC-12% Co, particle size 0.3 μm) A mirror cutting process is performed on the end face. Specific cutting conditions are as follows.

회전수: 36,000 rpm, 절삭 속도: 120 ㎜/min, 가공 길이: 5 ㎛, 절삭 폭: 1 ㎛, 가공 시간: 3.5 hr, 가공 면적: 4×5 ㎜.Rotation speed: 36,000 rpm, cutting speed: 120 mm/min, machining length: 5 μm, cutting width: 1 μm, machining time: 3.5 hr, machining area: 4×5 mm.

절삭 가공 후에 공구의 날끝 상태를 관찰하고, 날끝 치핑의 유무를 확인한다. 여기서, 날끝 치핑이 「유」란, 폭 0.1 ㎛ 이상, 또는, 깊이 0.01 ㎛ 이상의 오목부가 발생한 상태를 의미한다. 결과를 표 1의 「경면 절삭 가공 시험」의 「날끝 치핑」 란에 나타낸다.After cutting, observe the state of the blade edge of the tool and check the presence or absence of edge chipping. Here, “presence” of edge chipping means a state in which a concave portion having a width of 0.1 μm or more or a depth of 0.01 μm or more has occurred. The results are shown in the "Edge Chipping" column of "Mirror Cutting Test" in Table 1.

절삭 가공 후에 공구의 날끝 상태를 관찰하고, 날끝의 마모량을 측정한다. 여기서, 마모량이 「소」란, 마모량이 0 ㎛ 이상 5 ㎛ 이하이고, 마모량이 「중」이란, 마모량이 5 ㎛ 초과 20 ㎛ 이하이며, 마모량이 「대」란, 마모량이 20 ㎛ 초과인 것을 의미한다. 결과를 표 1의 「경면 절삭 가공 시험」의 「마모량」 란에 나타낸다.After cutting, observe the state of the edge of the tool and measure the amount of wear on the edge. Here, the amount of wear “small” means that the amount of wear is 0 μm or more and less than or equal to 5 μm, the amount of wear “medium” means that the amount of wear exceeds 5 μm and less than or equal to 20 μm, and the amount of wear “large” means that the amount of wear exceeds 20 μm it means. The results are shown in the "abrasion amount" column of "mirror cutting test" in Table 1.

절삭 가공 후에, 피삭재인 초경합금의 가공면의 면조도(Ra)를 레이저 현미경에 의해 측정한다. 면조도(Ra)의 값이 작을수록, 가공면이 양호한 것을 나타낸다. 결과를 표 1의 「경면 절삭 가공 시험」의 「가공면 조도(Ra)」 란에 나타낸다.After cutting, the surface roughness (Ra) of the machined surface of the cemented carbide as a work material is measured with a laser microscope. The smaller the value of the surface roughness (Ra), the better the machined surface. The results are shown in the "Machined Surface Roughness (Ra)" column of the "Mirror Cutting Test" in Table 1.

Figure 112019030313970-pct00001
Figure 112019030313970-pct00001

(고찰)(Review)

제조예 1∼제조예 4 및 제조예 8∼제조예 10의 다이아몬드 다결정체는, 비(a'/a)의 값이 0.99 이하이며, 실시예에 해당한다. 제조예 5∼제조예 7 및 제조예 11의 다이아몬드 다결정체는, 비(a'/a)의 값이 0.99를 초과하고 있고, 비교예에 해당한다.The diamond polycrystals of Production Examples 1 to 4 and Production Examples 8 to 10 have a ratio (a'/a) value of 0.99 or less, and correspond to examples. The diamond polycrystals of Production Examples 5 to 7 and Production Example 11 have a ratio (a'/a) of more than 0.99 and correspond to comparative examples.

제조예 1∼제조예 4의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 가지며, 또한, 제조예 5∼제조예 7 및 제조예 11에 비해 균열 발생 하중이 크고, 강도가 높아, 내결손성이 우수한 것이 확인된다. 제조예 1∼제조예 4의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하지 않고, 마모량도 작아, 내결손성 및 내마모성이 우수한 것이 확인된다. 또한, 제조예 1∼제조예 4의 공구에 의하면, 경면 절삭 가공 시험에 있어서, 피삭재의 가공면의 면조도가 작아, 가공면이 양호한 것이 확인된다.It has been confirmed that the diamond polycrystals of Production Examples 1 to 4 have high hardness, have a high crack generation load, high strength, and excellent fracture resistance compared to Production Examples 5 to 7 and Production Example 11. do. It is confirmed that the tools of Production Examples 1 to 4 do not generate edge chipping in the mirror cutting test, have a small amount of wear, and are excellent in fracture resistance and wear resistance. In addition, according to the tools of Production Examples 1 to 4, in the mirror cutting test, the surface roughness of the machined surface of the workpiece was small, and it was confirmed that the machined surface was good.

제조예 5, 제조예 6 및 제조예 11의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 갖지만, 제조예 1∼제조예 4보다도 균열 발생 하중이 작아, 내결손성이 뒤떨어지고 있는 것이 확인된다. 또한, 제조예 5 및 제조예 6 및 제조예 11의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하여, 내결손성이 뒤떨어지고 있는 것이 확인된다.It was confirmed that the diamond polycrystals of Production Examples 5, 6, and 11 had high hardness, but had a lower crack generation load than Production Examples 1 to 4, and were inferior in fracture resistance. Further, in the tools of Production Example 5, Production Example 6, and Production Example 11, edge chipping occurred in the mirror cutting test, and it was confirmed that the fracture resistance was inferior.

제조예 7의 다이아몬드 다결정체는, 경도가 불충분하고, 또한, 균열 발생 하중도 작아, 내결손성이 뒤떨어지고 있는 것이 확인된다. 또한, 제조예 7의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하여, 내결손성이 뒤떨어지고 있는 것이 확인된다.It was confirmed that the diamond polycrystal of Production Example 7 had insufficient hardness, and also had a small crack generation load, and was inferior in fracture resistance. Further, in the tool of Production Example 7, edge chipping occurred in the mirror cutting test, and it was confirmed that the fracture resistance was inferior.

제조예 8의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 가지며, 또한, 제조예 5∼제조예 7 및 제조예 11에 비해 균열 발생 하중이 크고, 강도가 높아, 내결손성이 우수한 것이 확인된다. 제조예 8의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하지 않고, 마모량도 중간 정도이며, 내결손성 및 내마모성이 우수한 것이 확인된다. 또한, 제조예 8의 공구에 따르면, 경면 절삭 가공 시험에 있어서, 피삭재의 가공면의 면조도가 작아, 가공면이 양호한 것이 확인된다.It is confirmed that the diamond polycrystal of Production Example 8 has high hardness, has a large crack generation load, high strength, and excellent fracture resistance compared to Production Examples 5 to 7 and Production Example 11. In the tool of Production Example 8, it was confirmed that edge chipping did not occur in the mirror cutting test, the amount of wear was moderate, and the fracture resistance and wear resistance were excellent. In addition, according to the tool of Production Example 8, in the mirror cutting test, the surface roughness of the machined surface of the workpiece was small, and it was confirmed that the machined surface was good.

제조예 9의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 가지며, 또한, 제조예 5∼제조예 7 및 제조예 11에 비해 균열 발생 하중이 크고, 강도가 높아, 내결손성이 우수한 것이 확인된다. 제조예 9의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하지 않고, 마모량도 중간 정도이며, 내결손성 및 내마모성이 우수한 것이 확인된다. 또한, 제조예 9의 공구에 의하면, 경면 절삭 가공 시험에 있어서, 피삭재의 가공면의 면조도가 작아, 가공면이 양호한 것이 확인된다.It is confirmed that the diamond polycrystal of Production Example 9 has high hardness, has a large crack generation load, high strength, and excellent fracture resistance compared to Production Examples 5 to 7 and Production Example 11. In the tool of Production Example 9, it was confirmed that edge chipping did not occur in the mirror cutting test, the amount of wear was moderate, and the fracture resistance and wear resistance were excellent. In addition, according to the tool of Production Example 9, in the mirror cutting test, the surface roughness of the machined surface of the workpiece was small, and it was confirmed that the machined surface was good.

제조예 10의 다이아몬드 다결정체는, 높은 경도를 가지며, 또한, 제조예 5∼제조예 7 및 제조예 11에 비해 균열 발생 하중이 크고, 강도가 높아, 내결손성이 우수한 것이 확인된다. 제조예 10의 공구는, 경면 절삭 가공 시험에 있어서 날끝 치핑이 발생하지 않고, 마모량도 중간 정도이며, 내결손성 및 내마모성이 우수한 것이 확인된다.It is confirmed that the diamond polycrystal of Production Example 10 has high hardness, has a large crack generation load, high strength, and excellent fracture resistance compared to Production Examples 5 to 7 and Production Example 11. In the tool of Production Example 10, it was confirmed that edge chipping did not occur in the mirror cutting test, the amount of wear was moderate, and the fracture resistance and wear resistance were excellent.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해서 설명을 행하였지만, 전술한 각 실시형태 및 실시예의 구성을 적절하게 조합하거나, 다양하게 변형하는 것도 당초부터 예정되어 있다.As described above, the embodiments and examples of the present invention have been described, but it is also planned from the beginning to appropriately combine or modify the configuration of each of the above-described embodiments and examples.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미, 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.It should be considered that the embodiments and examples disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the claims rather than the above-described embodiments and examples, and it is intended that the meaning equivalent to the claims and all changes within the scope are included.

Claims (5)

JIS Z 2251:2009에 규정된 조건에서 행해지는 누프 경도 시험에 있어서, 다이아몬드 다결정체의 표면에 시험 하중 4.9 N의 누프 압자를 압입한 상태에서 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 형성되는 제1 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a로 하고, 상기 시험 하중을 해제한 후에 상기 다이아몬드 다결정체의 표면에 남는 제2 누프 압흔의 긴 쪽의 대각선의 길이를 a'로 한 경우에, 상기 a에 대한 상기 a'의 비(a'/a)의 값이 0.99 이하인 다이아몬드 다결정체.In the Knoop hardness test conducted under the conditions specified in JIS Z 2251:2009, the first Knoop indentation formed on the surface of the polycrystal of diamond in a state where a Knoop indenter with a test load of 4.9 N is pressed into the surface of the polycrystal of diamond When the length of the longer diagonal is a and the length of the longer diagonal of the second Knoop indentation remaining on the surface of the diamond polycrystal after release of the test load is a', A diamond polycrystal having a ratio of a' (a'/a) of 0.99 or less. 제1항에 있어서, 상기 다이아몬드 다결정체는, 상기 a의 값으로부터 산출된 누프 경도가 100 GPa 이상 140 GPa 미만인 다이아몬드 다결정체.The polycrystal of diamond according to claim 1, wherein the polycrystal of diamond has a Knoop hardness calculated from the value of a of 100 GPa or more and less than 140 GPa. 제2항에 있어서, 상기 다이아몬드 다결정체는, 상기 a의 값으로부터 산출된 누프 경도가 120 GPa 이상 140 GPa 미만인 다이아몬드 다결정체.The polycrystal of diamond according to claim 2, wherein the polycrystal of diamond has a Knoop hardness calculated from the value of a of 120 GPa or more and less than 140 GPa. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 다이아몬드 다결정체는, 복수의 다이아몬드 입자로 구성되고,
상기 다이아몬드 입자는, 평균 입경이 100 ㎚ 이하인 다이아몬드 다결정체.
The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the diamond polycrystal is composed of a plurality of diamond grains,
The diamond particle is a diamond polycrystal having an average particle diameter of 100 nm or less.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 다이아몬드 다결정체를 구비한 공구.A tool comprising the diamond polycrystal according to any one of claims 1 to 3.
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